DE102012022067A1 - Substrathalter sowie eine vorrichtung und ein verfahren zum behandeln von substraten - Google Patents

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Wilhelm Kegel
Günther Kummer
Reinhold Obst
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Abstract

Es ist ein Substrathalter zur Aufnahme eines Substrats beschrieben der ein Plattenelement aufeist, in dessen einen Seite wenigstens eine Vertiefung ausgebildet ist, die von einer umlaufenden Anlagefläche des Plattenelements umgeben ist. Die Vertiefung ist geeignet mit einer Seite eines an der Anlagefläche anliegenden Substrats eine geschlossene Kammer zu bilden, wobei in der wenigstens einen Vertiefung eine Vielzahl von Abstandshaltern angeordnet ist, und wobei das Plattenelement ferner wenigstens eine Öffnung aufweist, die mit der Vertiefung in Strömungsverbindung steht und mit einer externen Gas-Zufuhr/Absaugeinheit verbindbar ist. Ferner sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von Substraten, insbesondere von Halbleitersubstraten beschrieben. Die Vorrichtung weist wenigstens einen Substrathalter des oben beschriebenen Typs auf, der in einer Prozesskammer angeordnet oder aufnehmbar ist, und wenigstens eine Strahlungsquelle die angeordnet ist, Strahlung in die Prozesskammer zu emittieren. Bei dem Verfahren wird ein Substrat von einer ersten Seite her in einem Ansaugbereich, der einen ersten Prozessbereich der ersten Seite umgibt, derart angesaugt, dass Ansaugbereich und Prozessbereich getrennt sind. An der zweiten Seite des Substrats und im ersten Prozessbereich an der ersten Seite des Substrats werden unterschiedliche Gasatmosphären für eine Behandlungen des Substrats eingestellt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Substrathalter und insbesondere einen Substrathalter zum Ansaugen eines Substrats mittels Vakuum, sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln, insbesondere thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleitersubstraten.
  • In der Technik sind unterschiedliche Vorrichtungen zum thermischen Behandeln von Substraten bekannt, sowie unterschiedliche Vorrichtungen zum Halten der Substrate in einer Prozesskammer der Vorrichtungen zum thermischen Behandeln der Substrate.
  • Eine bekannte Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Halbleiterwafern sieht zum Beispiel eine Erwärmung mittels elektromagnetischer Strahlung vor, die von Lampen, beispielsweise Wolfram-Halogenlampen ausgeht. Solche Vorrichtungen werden üblicherweise auch als RTP-Anlagen (RTP = rapid thermal processing) oder Schnellheizanlagen bezeichnet, da sie sehr rasche Temperaturwechsel erlauben. Innerhalb einer Prozesskammer der Schnellheizanlagen ist in der Regel eine Waferauflage vorgesehen, auf der der Wafer während der thermischen Behandlung aufliegt. Hierbei sind sowohl Auflagen bekannt, die für die elektromagnetische Strahlung der Lampen im Wesentlichen transparent sind, als auch Auflagen die für die elektromagnetische Strahlung der Lampen im Wesentlichen opak sind. Die erst genannten Auflagen sollen eine direkte Erwärmung der Wafer mittels der elektromagnetischen Strahlung der Lampen ermöglichen. Die zuletzt genannten Auflagen sollen hingegen eine Erwärmung der Auflage mittels der elektromagnetischen Strahlung der Lampen und indirekt hierüber eine Erwärmung des Wafers ermöglichen. Beiden Ausführungsformen ist gemein, dass der Wafer in der Regel frei auf der jeweiligen Auflage aufliegt, und keine Kraftwirkung auf den Wafer möglich ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, an ein wenigstens teilweise aus einem Halbleitermaterial bestehendes Substrat eine Kraft anzulegen, um es sicher zu halten und gegebenenfalls zu verformen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Substrathalter nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und eine Verfahren zum Behandeln von Substraten nach Anspruch 13 bzw. 15 gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
  • Insbesondere weist der Substrathalter ein Plattenelement aufweist, das in einer ersten Seite wenigstens eine Vertiefung besitzt, die von einer umlaufenden Anlagefläche des Plattenelements umgeben ist. Die die Vertiefung ist geeignet mit einer Seite eines an der Anlagefläche anliegenden Substrats eine geschlossene Kammer zu bilden, wobei in der wenigstens einen Vertiefung eine Vielzahl von Abstandshaltern angeordnet ist, und wobei das Plattenelement ferner wenigstens eine Öffnung aufweist, die mit der Vertiefung in Strömungsverbindung steht und mit einer externen Gas-Zufuhr/Absaugeinheit verbindbar ist. Ein solcher Substrathalter eignet sich dazu, in einfacher Art und Weise an entgegengesetzten Seiten eines Substrats unterschiedliche Gasatmosphären während einer Behandlung anzulegen. Diese können sich beispielsweise hinsichtlich des Drucks, der Gase und oder der Zusammensetzung von Gasgemischen unterscheiden. Die Abstandshalter können dabei bei einer Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten eine übermäßige Verformung in Richtung der Vertiefung verhindern.
  • Vorzugswiese ist in der Anlagefläche des Substrathalter wenigstens eine die Vertiefung umgebende Nut ausgebildet, wobei das Plattenelement ferner wenigstens eine Öffnung aufweist, die mit der Nut in Strömungsverbindung steht und mit einer externen Gas-Zufuhr/Absaugeinheit verbindbar ist. Hierdurch kann über die Nut insbesondere ein Ansaugen und somit ein sicherer Halt eines Substrats am Plattenelement erreicht werden. Dies erhöht die Flexibilität hinsichtlich der Auswahl der Gasatmosphäre in Bereich der Vertiefung. Die Nut kann durch Stege in unterschiedliche Abschnitte segmentiert sein, wobei im Plattenelement für jeden Abschnitt wenigstens eine Öffnung ausgebildet ist.
  • Bevorzugt weist die Vertiefung eine Umfangsform aufweist, die einer Umfangsform eines aufzunehmenden Substrats entspricht und wobei die Umfangsabmessungen der Vertiefung kleiner sind als die Umfangsabmessungen eines aufzunehmenden Substrats, sodass ein am Substrathalter aufgenommenes Substrat am Rand umlaufend gegen die Anlagefläche anliegen kann. Hierdurch kann im Bereich der Vertiefung ein Prozessbereich definiert werden, der im Wesentlichen die gesamte Substratseite mit Ausnahme eines Randbereichs abdeckt.
  • Bei einer Ausführungsform weisen die Abstandshalter eine solche Höhe auf, dass ihre Oberseiten unterhalb der umlaufenden Anlagefläche liegen, sodass ein Ebenes, an der Anlagefläche anliegendes Substrat die Abstandshalter nicht kontaktieren würde. Hierdurch kann erreicht werden, dass ein in der Vertiefung befindliches Gas bei aufliegendem Substrat die gesamte Oberfläche des Substrats im Prozessbereich kontaktiert.
  • Um eine gewünschte Unterstützung des Substrats im Fall eines Unterdrucks in der Vertiefung vorzusehen kann der Abstand zwischen den Abstandshaltern kleiner sein als Strukturen auf der zum Substrathalter weisenden Seite eines aufzunehmenden Substrats. Hierdurch wird eine Unterstützung jeder Struktur sichergestellt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Plattenelement in der ersten Seite wenigstens eine weitere Vertiefung auf, deren Boden die Anlagefläche bildet, sodass umlaufend um die Anlagefläche ein erhöhter Randbereich gebildet wird. Ein solcher kann Randeffekt insbesondere bei einer thermischen Behandlung von Substraten wenigstens teilweise ausgleichen. Insbesondere kann die weitere Vertiefung eine Umfangsform aufweisen, die einer Umfangsform eines aufzunehmenden Substrats entspricht, wobei die Umfangsabmessungen der weiteren Vertiefung größer sind als die Umfangsabmessungen eines aufzunehmenden Substrats, sodass es in der weiteren Vertiefung wenigstens teilweise aufnehmbar ist. Dabei kann die weitere Vertiefung eine Höhe besitzen, die größer oder gleich der Höhe eines aufzunehmenden Substrats ist.
  • Zusätzlich zu dem einen Plattenelement kann der Substrathalter auch ein weiteres Plattenelement aufweisen, das derart in Kontakt mit der ersten Seite des Plattenelements bringbar ist, dass zwischen dem weitern Plattenelement und einen Plattenelement im Bereich der ersten Vertiefung eine Kammer zur vollständigen Aufnahme eines zu behandelnden Substrats gebildet wird.
  • Insbesondere für einen Einsatz mit Halbleitersubstraten kann wenigstens ein Plattenelement aus Graphit, Siliziumcarbid, Keramik, Al2O3, Bornitrid und/oder hoch dotiertem Silizium bestehen. Solch Materialien stellen für die meisten Halbleiterprozesse aber auch sonstige Prozesse keine Gefahr unerwünschter Verunreinigungen dar. Darüber hinaus können sie für viele Prozesse eine erforderliche thermische und/oder chemische Stabilität aufweisen. Als ein alternatives Material eignet sich aus ähnlichen Gründen beispielsweise Quarzglas, welches zum Beispiel bei thermischen Prozessen mittels Lampenstrahlung eine wesentliche Transparenz für die Lampenstrahlung aufweist.
  • Die Vorrichtung zum Behandeln von Substraten, insbesondere von Halbleitersubstraten weist wenigstens eine Prozesskammer zur Aufnahme des Substrats, wenigstens einem Substrathalter des oben beschrieben Typs, der in der Prozesskammer angeordnet oder aufnehmbar ist, und wenigstens eine Strahlungsquelle auf, die angeordnet ist, Strahlung in die Prozesskammer zu emittieren. Eine solche Vorrichtung ist für unterschiedliche Prozesse geeignet und kann durch den Substrathalter an entgegengesetzten Seiten eines Substrats gleichzeitig unterschiedliche Behandlungen vornehmen. Insbesondere kann die wenigstens eine Strahlungsquelle so angeordnet sein, dass sie Strahlung in Richtung des Substrathalters emittiert. Dieser kann die Strahlung gegebenenfalls absorbieren und in anderer Form an das Substrat weiterleiten.
  • Bei dem Verfahren zum Behandeln von Substraten, wird ein Substrat von einer ersten Seite her in einem Ansaugbereich, der einen ersten Prozessbereich der ersten Seite umgibt, derart angesaugt, dass Ansaugbereich und Prozessbereich getrennt sind. An der zweiten Seite des Substrats und im ersten Prozessbereich an der ersten Seite des Substrats werden dann unterschiedliche Gasatmosphären für eine Behandlung des Substrats eingestellt. Die Unterschiedlichen Gasatmosphären ermöglichen innerhalb eines Prozesses das Erzeugen unterschiedlicher Oberflächenbehandlungen an den ersten und zweiten Seiten. Die unterschiedlichen Gasatmosphären können sch bevorzugt hinsichtlich der verwendeten Drücke, der Gase und/oder der Zusammensetzung von Gasgemischen unterscheiden. Insbesondere kann an der ersten Seite ein Vakuum angelegt werden, was eine zumindest einseitige Vakuumbehandlung des Substrats in einer ansonsten nicht für ein Vakuum – oder zumindest ein Vakuum der verwendeten Höhe – geeigneten Anlage ermöglicht.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
  • 1 eine schematische Seitenschnittansicht durch eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Halbleiterwafern;
  • 2 eine schematische Draufsicht auf eine Ansaugeinheit, die zum Einsatz in der in 1 gezeigten Vorrichtung geeignet ist;
  • 3 eine schematische Querschnittsansicht der Ansaugeinheit gem. 2 entlang der Linie III-III;
  • 4 eine schematische Querschnittsansicht einer alternativen Ansaugeinheit.
  • In der nachfolgenden Beschreibung verwendete Bezeichnungen, wie oben, unten, links und rechts und ähnliches, beziehen sich auf die Figuren und sollen in keiner Weise einschränkend sein, obwohl sie sich auf eine bevorzugte Ausführungsform beziehen. Die Formulierung „im Wesentlichen”, bezogen auf Winkel und Anordnungen, soll Abweichungen bis 10° vorzugsweise bis 5° umfassen, sofern nicht andere Angaben gemacht sind.
  • 1 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer Vorrichtung 1 zum thermischen Behandeln von Substraten S. Obwohl die Vorrichtung allgemein für jegliche Substrate eingesetzt werden kann ist sie besonders für ein flächiges Substrat S (gegebenenfalls aus mehreren Lagen) geeignet, das wenigstens Teilbereiche aus einem Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium aufweisen kann. Andere Teilbereiche können beispielsweise aus einem anderen, bevorzugt bei hohen Temperaturen verformbaren Material bestehen. Das Substrat S kann eine vorgegebene Verteilung der unterschiedlichen Teilbereiche aufweisen.
  • Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 mit einem Innenraum auf, der unter anderem eine Prozesskammer 3 bildet. Die Prozesskammer 3 ist auf ihrer Ober- und Unterseite durch Wandelemente 5 bzw. 6 begrenzt und seitlich durch das Gehäuse 2. Oberhalb des Wandelements 5 ist im Gehäuse 2 eine Lampenkammer 7 vorgesehen, die verspiegelt sein kann und in der eine Heizquelle in der Form von mehreren Lampen 8 vorgesehen ist. Unterhalb des Wandelements 6 ist ebenfalls eine Lampenkammer 9 ähnlich der Kammer 7 vorgesehen, in der eine Heizquelle in der Form von mehreren Lampen 10 vorgesehen ist.
  • Die Seitenwände der Prozesskammer 3 können ebenfalls eine gewisse Spiegelwirkung für wenigstens einen Teil der in der Prozesskammer 3 vorhandenen elektromagnetischen Strahlung aufweisen. Ferner umfasst wenigstens eine der Seitenwände der Prozesskammer 3 eine nicht dargestellte Prozesskammertür, um das Einführen und Herausnehmen des Substrats S zu ermöglichen. Ferner können nicht näher dargestellte Gaseinlässe und Gasauslässe für die Prozesskammer vorgesehen sein.
  • Innerhalb der Prozesskammer 3 ist ein Substrathalter 12 vorgesehen, der auch als Ansaugeinheit bezeichnet wird. Der Substrathalter 12 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu den Wandelementen 5, 6 und ist ungefähr mittig zwischen den beiden angeordnet ist. Der Substrathalter 12 dient zur Aufnahme und zum Ansaugen des Substrats S. Der Aufbau des Substrathalters bzw. der Ansaugeinheit 12 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 bzw. 6 und 7 noch näher erläutert.
  • Die Wandelemente 5 und 6, welche die Prozesskammer 3 nach oben und unten begrenzen, bestehen jeweils aus einem für die Strahlung der Lampen 8, 10 im Wesentlichen transparenten Material, wie beispielsweise Quarz. Als Lampen 8, 10 können beispielsweise häufig in Schnellheizanlagen eingesetzte Wolfram-Halogenlampen verwendet werden. Es ist aber auch möglich anderer Lampentypen zu verwenden, wie beispielsweise Blitzlampen, die auch als Flash-Lampen bezeichnet werden. Diese Lampen können natürlich auch anders als dargestellt angeordnet sein, und es ist auch möglich, die Lampentypen miteinander oder auch mit anderen Lampentypen zu kombinieren oder durch andere Lampentypen auszutauschen. Insbesondere ist es auch möglich, auf die obere oder die untere Lampenkammer 7, 9 und die entsprechenden Lampen 8, 10 zu verzichten und nur eine Lampenkammer vorzusehen.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 wird nachfolgend eine erste Ausführungsform der Ansaugeinheit 12 näher erläutert. Bei dieser Ausführungsform ist ein einzelnes Plattenelement 100 vorgesehen. Dieses Plattenelement 100 ist in der Draufsicht gemäß 2 und in einer Schnittansicht gemäß 3 entlang der Linie III-III in 2 dargestellt.
  • Das Plattenelement 100 besteht aus einem geeigneten Material, welches an ein zu behandelndes Substrat, während es durch die Ansaugeinheit 12 gehalten wird, keine Verunreinigungen abgibt. Für den Einsatz von Halbleitersubstraten in einer thermischen Behandlungskammer werden Materialien für das Plattenelement 100 wie beispielsweise Graphit, Siliziumkarbid (SiC), Keramik, Al2O3, (Saphir, Alsint, etc), Bornitrid und ähnliche in Betracht gezogen. Sofern eine ausreichende Festigkeit erreicht werden kann könnte auch ein Halbleitermaterial insbesondere mit einer hohen Dotierstoffkonzentration, wie bei der ersten Ausführungsform, oder opakes Quarzglas eingesetzt werden. Diesen Materialien ist gemein, dass sie im Einsatz die von den Lampen ausgehende Lampenstrahlung im wesentlichen absorbieren, dadurch erhitzt werden und dann selbst Wärmestrahlung abgeben und somit als ein sogenannter Suszeptor wirken. Alternativ wäre es auch denkbar, das Plattenelement aus einem für die Lampenstrahlung im Wesentlichen transparenten Material auszubilden, wie zum Beispiel transparentem Quarzglas, um eine im Wesentlichen direkte Aufheizung eines Substrats mittels Lampenstrahlung zu ermöglichen. Auch Mischformen aus diesen Materialien sind denkbar. So ist beispielsweise ein SiC Grundmaterial mit einer Beschichtung aus einem Halbleitermaterial auf den das Substrat S kontaktierenden Oberflächen denkbar. Auch können die Materialien mit Beschichtungen versehen werden. Insbesondere eine pyrolytische Beschichtung von Graphit wird in Betracht gezogen, um die Oberflächenrauhigkeit zu reduzieren.
  • Das Plattenelement 100 besitzt eine runde Umfangsform, wie in der Draufsicht gemäß 2 dargestellt ist. Von oben her gesehen besitzt das Plattenelement 100 eine konzentrisch zum Außenumfang liegende erste Vertiefung 102, die im Wesentlichen einen Aufnahmeraum für ein Substrat S definiert, wie schematisch in 3 angedeutet ist. Die erste Vertiefung 102 besitzt eine runde und somit an eine Umfangsform des Substrats S angepasste Form, die konzentrisch zum Außenumfang des Plattenelements 100 angeordnet ist. Bei einer anderen Substratform kann die Vertiefung 102 entsprechend angepaßt werden. Der Randbereich der Vertiefung 102 besitzt eine sich nach oben konisch erweiternde Form, wie in 3 angedeutet ist. Diese konische Erweiterung ermöglicht eine Zentrierung eines Substrats S während der Aufnahme in die erste Vertiefung 102. Die Höhe der Vertiefung 102 kann dabei im Wesentlichen der Höhe eines aufzunehmenden Substrats S entsprechen.
  • Durch die erste Vertiefung 102 wird somit ein erhöhter Randbereich 104 gebildet. Dieser erhöhte Randbereich 104, der ein in der ersten Vertiefung 102 aufgenommenes Substrat S radial umgibt, kann während einer thermischen Behandlung eines Substrats S eine thermische Ausgleichsfunktion übernehmen, um Randeffekte während einer Erwärmung/Abkühlung des Substrats S zu reduzieren, wie es in der Technik bekannt ist. Innerhalb des Randbereichs 104 können optional Durchgangslöcher 106, die sich nach unten konisch erweitern, zur Aufnahme von konischen Aufnahmestiften 108 (von denen einer schematisch dargestellt ist) ausgebildet sein. Diese können dazu dienen, das Plattenelement 100 entweder innerhalb oder außerhalb einer Prozesskammer aufzunehmen und sicher in einer ausgerichteten Form zu halten.
  • Am Boden der ersten Vertiefung 102 wird eine im Wesentlichen ebene Anlagefläche 121 gebildet. In dieser ist mit einem geringen Abstand zur schrägen Seitenwand der ersten Vertiefung 102 (beispielsweise einem Abstand von 1 bis 2 mm) eine im Wesentlichen umlaufende, konzentrische zum Außenumfang verlaufende Nut 110 ausgebildet. Wie in der Draufsicht gemäß 2 zu sehen ist, kann die Nut 110 durch eine Vielzahl von Stegen 112 (von denen drei dargestellt sind) in getrennte Abschnitte (hier drei) unterteilt werden. Innerhalb der Stege 112 können Durchgangslöcher 114 ausgebildet sein, durch die sich nicht dargestellte Stifte zum Abheben/Absenken eines Substrats S von/auf das Plattenelement 100 erstrecken können. Innerhalb der getrennten Segmente der Nut 110 können weitere Öffnungen 116 vorgesehen sein, welche mit einer nicht dargestellten Gas-Zufuhr/Absaugeinheit, insbesondere einer Unterdruckquelle verbindbar sind, um in diesem Bereich eine Randansaugung eines in der ersten Vertiefung 102 aufgenommenen Substrats S zu ermöglichen. Die Öffnungen 116 können in irgendeiner geeigneten Art und Weise mit einer Unterdruckquelle verbindbar sein.
  • Radial nach innen bezüglich der Nut 110 ist konzentrisch hierzu ein umlaufender Steg 120 vorgesehen, der an seiner Oberseite Teil der Anlagefläche 121 für das Substrat S bildet. Radial innerhalb dieses umlaufenden Stegs 120 ist eine zweite Vertiefung 132 ausgebildet, die sich tiefer in das Plattenelement 100 hinein erstreckt als die erste Vertiefung 102. Innerhalb dieser zweiten Vertiefung 132 ist eine Vielzahl von Abstandshaltern 135 ausgebildet.
  • Diese Abstandhalter sind bevorzugt einteilig mit dem Plattenelement 100 ausgebildet und können beispielsweise durch Ätzen, Fräsen etc. hergestellt werden. Sie können aber auch als separate Elemente ausgebildet sein auch beispielsweise als zusammenhängendes Einlageteil mit einem gemeinsamen Boden, von dem sich die Abstandshalter 135 nach oben erstrecken. Ein solches Einlageteil würde einen Raschen Austausch der Verteilung, Größe, Anzahl der Abstandshalter für unterschiedliche Bedürfnisse ermöglichen. Bevorzugt wird jedoch eine einteilige Ausführung aus Plattenelement 100 und Abstandshaltern 135. Die Form, Größe und die Anzahl der Abstandshalter 135 sind in den Figuren nur schematisch angegeben. Insbesondere kann die Anzahl der Abstandshalter 135 wesentlich größer sein, als die dargestellte Anzahl. Bevorzugt ist eine ausreichende Anzahl von Abstandselemente 135 vorgesehen, welche es ermöglicht, dass die Abstände zwischen benachbarten Abstandselementen 135 kleiner sind als auf einem zu behandelnden Substrat S ausgebildete Strukturen. Statt der dargestellten runden Form (in der Draufsicht) können die Abstandselemente 135 auch eine andere, insbesondere eine eckige Form, welche gegebenenfalls deren Herstellung erleichtert, aufweisen. In der Praxis wird in der Regel eine wesentlich größere Anzahl von Abstandshaltern 135 vorgesehen, as dies in der Zeichnung dargestellt ist, wie der Fachmann erkennen wird. Diese werden in der Regel eine gleichmäßige Verteilung innerhalb der Vertiefung 132 aufweisen.
  • Bei der Darstellung gemäß 3 besitzen die Abstandselement 135 dieselbe Höhe wie der umlaufende Steg 120. Es ist aber auch möglich, die Abstandselemente 135 mit einer geringeren Höhe zu versehen, so dass ein Substrat S, wenn es auf dem Plattenelement 100 innerhalb der ersten Vertiefung 102 aufgenommen ist, sicher die Oberseite des Stegs 120 umlaufend kontaktiert. Zwischen den Abstandshaltern 135 und einer Unterseite des Substrats S könnte daher in einem Ruhezustand (Das Substrat S ist Eben) ein geringer Abstand von beispielsweise 0,1–0,5 mm entstehen.
  • Konzentrisch innerhalb der zweiten Vertiefung 132 ist im Boden des Plattenelements 100 eine Durchgangsöffnung 140 ausgebildet. Diese Öffnung 140 ist mittig und konzentrisch bezüglich des Außenumfangs des Plattenelements 100 angeordnet. Dabei ist die Öffnung 140 als eine einzelne Öffnung dargestellt, die zwischen Abstandshaltern 135 liegt. Bei einer größeren Anzahl von Abstandshaltern 135 könnte der Raum zwischen den Abstandshaltern nicht ausreichen, um eine einzelne Öffnung 140 mit einer ausreichenden Strömungskapazität vorzusehen. Statt im Bereich der Öffnung Abstandshalter 135 wegzulassen, um einen ausreichenden Platz für eine große Öffnung freizulassen, werden bevorzugt zwischen den Abstandshaltern eine Vielzahl von Öffnungen, beispielsweise in Form von Langlöchern, die sich zwischen Reihen und Spalten von Abstandshaltern erstrecken, vorgesehen. Diese können in der Summe eine ausreichende Strömungskapazität vorsehen, ohne die Verteilung der Abstandshalter 135 zu beeinträchtigen. Auch muß die Öffnung 140 auch nicht mittig angeordnet sein. Die Öffnung oder auch mehrere Öffnungen könnten an beliebigen geeigneten Positionen im Boden (oder gar einer Seite) der Vertiefung angeordnet sein.
  • Wie in 3 angedeutet ist, kann die Öffnung 140 in Strömungsverbindung mit einer Leitung 145 gebracht werden. Eine solche Leitung 145 kann beispielsweise im Bereich der Prozesskammer 3 einer Schnellheizanlage 1, wie sie in 1 dargestellt ist, vorgesehen sein. Die Leitung 145 sollte bevorzugt aus einem opaken Material, wie beispielsweise opakem Quarzglas bestehen, um einen ungehinderten Durchtritt von Lampenstrahlung durch die Öffnung 140 hindurch zu verhindern, wenn auch das Plattenelement aus einem opaken Material besteht. Die Leitung 145 kann jedoch auch aus einem anderen geeigneten Material, wie beispielsweise Graphit oder Siliziumkarbid oder einem transparenten Material bestehen. Es sind auch Mischformen denkbar insbesondere aus transparenten und opaken Materialien. Die Leitung 145 kann auch gegebenenfalls mit zusätzlichen Elementen, wie beispielsweise daran ausgebildeten Armen, die sich beispielsweise von der Leitung 145 aus erstrecken, als Halterung für das Plattenelement 100 in der Schnellheizanlage 1 dienen.
  • Wenn die Leitung 145 mit einem Drehmechanismus versehen ist, kann das Plattenelement 100 dann in einer drehbaren Art und Weise innerhalb der Schnellheizanlage 1 aufgenommen werden. Sich von der Leitung 145 erstreckende Arme könnten beispielsweise mit den Öffnungen 116 in der Nut 110 des Plattenelements 100 (oder anderen Öffnungen, die mit der Vertiefung 132 in Verbindung stehen) ausgerichtet sein, und könnten hierüber eine Strömungsverbindung zur Leitung 145 herstellen. In einem solchen Fall könnte eine gemeinsame Absaugung der zweiten Vertiefung 132 und der Nut 110 erfolgen. Es ist aber auch denkbar, dass über geeignete Mechanismen, wie beispielsweise die Anordnung zweier konzentrischer Leitungen 145, eine getrennte Absaugung dieser Bereiche möglich sein. Hierbei könnte eine innen liegende Leitung in Strömungsverbindung mit der/den Öffnung(en) 140 stehen und eine außen liegende beispielsweise über entsprechende Arme in Strömungsverbindung mit den Öffnungen 116 stehen,
  • Eine entsprechende unterschiedliche Absaugung ist beispielsweise insbesondere dann von Vorteil, wenn über die Nut 110 eine Haltekraft an das Substrat S angelegt werden soll, während über die Öffnung(en) 140 im Bereich der zweiten Vertiefung 132 eine bestimmte Prozessatmosphäre eingestellt werden soll. Diese kann beispielsweise auch eine Absaugung des Raums zwischen dem Plattenelement 100 und dem Substrat S im Bereich der zweiten Vertiefung 132 umfassen. Hierbei würden die Abstandshalter 135 dann eine übermäßige Verbiegung des Substrats S in die Vertiefung hinein verhindern, bzw. nur gezielt eine Verformung von Teilbereichen des Substrats in Bereiche zwischen den Abstandshaltern erlauben.
  • Es kann aber auch ein bestimmtes Gas mit einer gewünschten Konzentration in diesem Bereich vorgesehen werden. Insbesondere wenn kein Unterdruck in diesem Bereich angelegt wird, würde bei einer kürzeren Ausführungsform der Abstandselemente 135 das Substrat die Abstandselemente 135 nicht kontaktieren, und könnte vollflächig mit dem Gas beaufschlagt werden. Wenn die Abstandselemente 135 auf einem Einsatz ausgebildet sind, kann hier ggf. auch vollständig auf das Einsetzen des Einsatzes verzichtet werden, um eine noch bessere Gasverteilung in der Vertiefung 132 zu erlauben. Bei einer Randansaugung sind beispielsweise die folgenden nicht abschließend aufgelisteten weiteren Prozesseinstellungen möglich;
    Durchfluß eines Kühlmittels durch die zwischen Substrat S und Plattenelement 100 gebildete Kammer (im Bereich der Vertiefung 132);
    Einstellen unterschiedlicher Gasatmosphären an Ober- und Unterseite des Substrats S, wobei der Unterschied unter anderem in unterschiedlichen Gasen/Gaszusamensetzungen/-konzentrationen etc liegen kann;
    Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite des Substrats, etc.
  • An der Rückseite des Plattenelements 100 ist diese im Randbereich 104 zurückgesetzt und bildet dort eine Schulter. Dieses Zurücksetzen kann unterschiedliche Funktionen aufweisen. Beispielsweise kann hierdurch eine homogenere thermische Aufnahmekapazität über das Plattenelement 100 hinweg vorgesehen werden.
  • Nachfolgend wird der Einsatz einer Ansaugeinheit 12 in einer Schnellheizanlage 1 näher erläutert.
  • Dabei wird zunächst davon ausgegangen, dass das Plattenelement 100 mit dem Substrat S als Einheit in die Schnellheizanlage 1 hinein und aus dieser heraus bewegt geladen wird. Es ist alternativ aber auch möglich, das Plattenelement 100 der Ansaugeinheit 12 zum Beispiels als Austauschteil semipermanent innerhalb der Schnellheizanlage 1 vorzusehen, und nur das Substrat S für eine Behandlung in die Schnellheizanlage 1 ein- und auszubringen.
  • Jedenfalls wird zunächst das Substrat S in die erste Vertiefung 102 eingebracht. Hierzu können sich beispielsweise nicht dargestellte Stifte durch die Öffnungen 114 – über das Plattenelement 100 hinaus – hindurch erstrecken, um eine Auflageebene für das Substrat S zu bilden. Das Substrat S kann auf den Stiften abgelegt werden, die anschließende abgesenkt werden, um das Substrat S in den Bereich der ersten Vertiefung 102 zu bringen, bis das Substrat S auf dem umlaufenden Steg 120 bzw. an der Anlagefläche 121 aufliegt.
  • Anschließend wird das Plattenelement 100 gemeinsam mit dem Substrat S in die Schnellheizanlage 1 eingebracht, und zwar derart, dass eine innerhalb der Schnellheizanlage 1 befindliche Leitung 145 in Strömungsverbindung mit der Öffnung 140 steht, und weitere (nicht dargestellte) Leitungen, die beispielsweise als Arme an der Leitung 145 ausgebildet sein können, eine Strömungsverbindung zu den Öffnungen 116 vorsehen.
  • Anschließend kann über die Öffnungen 116 die Nut 110 abgesaugt werden, um das Substrat S fest gegen das Plattenelement 100 anzuziehen.
  • Die Schnellheizanlage 1 ist zu diesem Zeitpunkt geschlossen, oder wird geschlossen, und es kann eine thermische Behandlung des Substrats S innerhalb der Schnellheizanlage 1 erfolgen.
  • Über eine entsprechende Ansteuerung der Leitung 145 kann im Bereich der zweiten Vertiefung 132 zwischen dem Substrat S und dem Plattenelement 100 eine gewünschte Prozessatmosphäre eingestellt werden. Insbesondere ist es möglich, an der Unterseite des Substrats S eine andere Prozessgasatmosphäre anzulegen, als an der freiliegenden Oberseite des Substrats S. So ist es beispielsweise möglich, an der Unterseite des Substrats S über die Öffnung 140 des Plattenelements 100 ein Vakuum anzulegen, während oberhalb des Substrats S eine andere geeignete Prozessatmosphäre vorgesehen wird. Die Ansaugeinheit 12 ermöglicht somit insbesondere eine Vakuumprozessierung einer Seite des Substrats innerhalb einer ansonsten atmosphärischen Schnellheizanlage. Natürlich kann sie auch in einer Subatmosphärischen Anlage von Vorteil sein, um Druckdifferenzen vorzusehen.
  • Statt an der Unterseite des Substrats S ein Vakuum anzulegen, ist es jedoch auch möglich, eine andere Prozessgasatmosphäre vorzusehen, insbesondere eine andere, die an der Oberseite des Substrats S anliegt. Somit können Ober- und Unterseite des Substrats S unterschiedlich prozessiert werden. Insbesondere wenn die Abstandshalter 135 das Substrat S nicht kontaktieren, was bei einem Vakuum im Bereich der zweiten Vertiefung 132 der Fall wäre, ist es möglich, das Substrat S im Wesentlichen vollflächig im Bereich der zweiten Vertiefung 132 mit einem beliebigen Gas zu kontaktieren.
  • Durch die mittige Anordnung der Leitung 145 ist es auch möglich, das Plattenelement 100 auf einfache Weise mit einem Drehmechanismus zu verbinden, um eine Drehung des Substrats S in der Horizontalen während der thermischen Behandlung zu ermöglichen.
  • Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, ermöglicht eine Absaugeinheit 12 gemäß dieser zweiten Ausführungsform unterschiedlichste Behandlungsmöglichkeiten für ein darauf aufgenommenes Substrat, wie beispielsweise eine Vakuumbehandlung einer Oberfläche innerhalb einer ansonsten atmosphärischen Schnellheizanlage.
  • Unter Bezugnahme auf die 4 wird nachfolgend eine weitere Ausführungsform der Ansaugeinheit 12 näher erläutert. Diese ist im Wesentlichen gleich aufgebaut wir die zuvor beschriebene und es werden dieselben Bezugszeichen verwendet. Daher werden im Folgenden nur die Unterschiede herausgestellt und es wird auf eine Umfänglichere Beschreibung verzichtet, um Wiederholungen zu vermeiden. Die Ansaugeinheit 12 besitzt wiederum ein Plattenelement 100 mit einer ersten Ausnehmung 102, die einen erhöhten Randbereich 104 bildet. Dieser ist Höher ausgebildet als bei der ersten Ausführungsform, um die vollständige Aufnahme eines Substrats S zu gewährleisten.
  • Dies ist hier erforderlich, da das Plattenelement mit einem zweiten Plattenelement, das nachfolgend als Deckel 150 bezeichnet wird zusammen arbeitet und eine geschlossene Kammer zur Aufnahme des Substrats S zu bilden. Ein solcher Deckel kann insbesondere aus einem die Lampenstrahlung absorbierenden Material bestehen, was eine Erwärmung des Deckels 150 während einer thermischen Behandlung und eine indirekte Erwärmung des Substrats S über den Deckel 150 vorsehen würde. Im Deckel 150/dem Plattenelement 100 könnten Gas-Ein-/Auslässe vorgesehen sein, um in der dazwischen gebildeten Kammer eine gewünschte Gasatmosphäre vorsehen zu können. Das Substrat könnte somit in einer im Wesentlichen geschlossenen Kammer mit einer gewünschten Gasatmosphäre aufgenommen werden. In der Darstellung gemäß 4 ist der Deckel 150 als eine ebene Platte dargestellt, die Umfangsabmessungen entsprechend dem Plattenelement 100 aufweist. Der Deckel liegt in der Darstellung auf konischen Stiften 108 auf, die sich durch Löcher 106 im Randbereich 104 des Plattenelements hindurch erstrecken. Wie zu erkennen ist, würde der Deckel im abgesenkten Zustand (auf dem Platenelement 100 aufliegend eine Kammer zur Aufnahme des Substrats S bilden. Statt einen erhöhten Randbereich 104 vorzusehen ist es natürlich auch möglich, den Randbereich gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel unverändert zu lassen und statt dessen im Deckel 150 – in dessen Unterseite – einer Vertiefung vorzusehen, um eine ausreichende Kammerbildung zwischen Plattenelement 100 und Deckel 150 zur Aufnahme eines Substrats S zu ermöglichen. Der Deckel 150 kann einfach durch Schwerkraft auf dem Plattenelement 100 aufliegen, oder er kann auch mechanisch und/oder über ein Vakuum oder sonstige Mittel an dem Plattenelement 100 gesichert werden. Eine solche Zusätzliche Sicherung, insbesondere in Kombination mit einer Abdichtung kann im Bereich der Kammer Prozessatmosphären ermöglichen, die nicht mit der sonstigen Umgebung der Prozesskammer in Verbindung kommen. Insbesondere können Prozessatmosphären verwendet werden, die potentiell die Prozesskammer verunreinigen könnten.
  • Das Plattenelement 100 weist wiederum eine zweite Vertiefung 132 mit darin befindlichen Abstandshaltern 135 auf, die bei dieser Darstellung jedoch eine solche Höhe besitzen, dass im Ruhezustand ein ebenes Substrat nur auf der Anlagefläche 121 aufliegen würde und die Abstandshalter 135 nicht kontaktiert.
  • Die Arbeitsweise der Ansaugeinheit 12 gemäß 4 ist im Wesentlichen dieselbe, wie zuvor beschrieben, wobei jedoch jeweils für eine Behandlung des Substrats S der Deckel 150 aufgesetzt werden kann. Wiederum können über und unterhalb des Substrats S unterschiedliche Gasatmosphären und Drücke eingestellt werden.
  • Die Erfindung wurde anhand bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung erläutert, ohne auf diese Ausführungsform beschränkt zu sein. Bei der dargestellten Ausführungsform des Plattenelements 100 ist die Nut 110 beispielsweise durch Stege 114 segmentiert, um die Durchführöffnungen 114 für die Durchführung von Stiften zum Anheben/Absenken von Substraten zu ermöglichen. Alternativ ist es aber auch möglich, die Nut 110 als umlaufende Nut, sprich ohne Segmentierungen, vorzusehen. In diesem Fall könnten beispielsweise entsprechende Durchgangsöffnungen im Bereich des Stegs 120 für Stifte vorgesehen werden, oder es könnte ein insgesamt anderer Mechanismus für das Be-/Entladen des Substrats S vorgesehen werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, auf die umlaufende Nut 110 vollständig zu verzichten, insbesondere auch dann, wenn zu erwarten ist, dass über die Öffnung 140 ein Unterdruck an das Substrat S angelegt wird, da dieses dann ausreichend hierüber am Plattenelement 100 gehalten werden würde. Obwohl das Plattenelement 100 bei der dargestellten Ausführungsform eine runde Umfangsform besitzt, was es besonders für runde Substrate und eine Drehung geeignet macht, könnte es natürlich auch andere Formen aufweisen.
  • Darüber hinaus wurde der Abstandshalter 12 speziell in Kombination mit einer Schnellheizanlage beschrieben. Der Abstandshalter ist aber nicht auf den Einsatz in einer Schnellheizanlage beschränkt. Beispielsweise könnten die Substrathalter 12 auch in anderen Bereichen, dass heißt außerhalb einer Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten eingesetzt werden. Insbesondere könnte er auch mit Vorteil in einer Plasmabehandlungsanlage, einer Dampfabscheidungsanlage mit oder ohne Plasmaunterstützung (PECVD/CVD) oder auch einer Atomlagenabscheidungsanlage (ALD) eingesetzt werden. Die eingesetzten Materialen für das/die Plattenelement(e) können derart gewählt werden, dass sie das zu behandelnde Substrat und den Prozess nicht beeinträchtigen bzw. kontaminieren. Die Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen sind frei kombinier und/oder austauschbar, sofern sie kompatibel sind.

Claims (18)

  1. Substrathalter (12) zur Aufnahme eines Substrats (S), wobei der Substrathalter ein Plattenelement (100) aufweist, und das Plattenelement (100) in einer ersten Seite des Plattenelements (100) wenigstens eine Vertiefung (132) aufweist, die von einer umlaufenden Anlagefläche (121) des Plattenelements (100) umgeben ist, wobei die Vertiefung (132) geeignet ist mit einer Seite eines an der Anlagefläche (121) anliegenden Substrats eine geschlossene Kammer zu bilden, wobei in der wenigstens einen Vertiefung (132) eine Vielzahl von Abstandshaltern (135) angeordnet ist, und wobei das Plattenelement (100) ferner wenigstens eine Öffnung (140) aufweist, die mit der Vertiefung (132) in Strömungsverbindung steht und mit einer externen Gas-Zufuhr/Absaugeinheit verbindbar ist.
  2. Substrathalter (12) nach Anspruch 1, wobei in der Anlagefläche (121) wenigstens eine die Vertiefung (132) umgebende Nut (110) ausgebildet ist, und wobei das Plattenelement (100) ferner wenigstens eine Öffnung (116) aufweist, die mit der Nut (110) in Strömungsverbindung steht und mit einer externen Gas-Zufuhr/Absaugeinheit verbindbar ist.
  3. Substrathalter nach Anspruch 2, wobei die Nut (110) durch Stege (114) in unterschiedliche Abschnitte segmentiert ist, wobei im Plattenelement (100) für jeden Abschnitt wenigstens eine Öffnung (116) ausgebildet ist.
  4. Substrathalter (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefung (132) eine Umfangsform aufweist, die einer Umfangsform eines aufzunehmenden Substrats (S) entspricht und wobei die Umfangsabmessungen der Vertiefung (132) kleiner sind als die Umfangsabmessungen eines aufzunehmenden Substrats (S), sodass ein am Substrathalter aufgenommenes Substrat (S) am Rand umlaufend gegen die Anlagefläche (121) anliegen kann.
  5. Substrathalter (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abstandshalter (135) eine solche Höhe aufweisen, dass ihre Oberseiten unterhalb der umlaufenden Anlagefläche (121) liegen, sodass ein Ebenes, an der Anlagefläche (121) anliegendes Substrat (S) die Abstandshalter (135) nicht kontaktieren würde.
  6. Substrathalter (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand zwischen den Abstandshaltern (135) kleiner ist als Strukturen auf der zum Substrathalter (12) weisenden Seite eines aufzunehmenden Substrats (S).
  7. Substrathalter (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Plattenelement (100) in der ersten Seite des Plattenelements (100) wenigstens eine weitere Vertiefung (102) aufweist, deren Boden die Anlagefläche (121) bildet, sodass umlaufend um die Anlagefläche (121) ein erhöhter Randbereich (104) gebildet wird.
  8. Substrathalter (12) nach Anspruch 7, wobei die weitere Vertiefung eine Umfangsform aufweist, die einer Umfangsform eines aufzunehmenden Substrats (S) entspricht und wobei die Umfangsabmessungen der weiteren Vertiefung (102) größer sind als die Umfangsabmessungen eines aufzunehmenden Substrats (S), sodass es in der weiteren Vertiefung (102) wenigstens teilweise aufnehmbar ist.
  9. Substrathalter (12) nach Anspruch 8, wobei die weitere Vertiefung (102) eine Höhe besitzt, die größer oder gleich der Höhe eines aufzunehmenden Substrats (S) ist.
  10. Substrathalter (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Substrathalter (12) ein weiteres Plattenelement (150) aufweist, das derart in Kontakt mit der ersten Seite des Plattenelement (100) bringbar ist, dass zwischen dem weitern Plattenelement (150) und Plattenelement (100) im Bereich der ersten Vertiefung (102) eine Kammer zur vollständigen Aufnahme eines zu behandelnden Substrats (S) gebildet wird.
  11. Substrathalter (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Plattenelement (100, 150) aus Graphit, Siliziumcarbid, Keramik, Al2O3, Bornitrid und/oder hoch dotiertem Silizium besteht.
  12. Substrathalter (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei wenigstens ein Plattenelement (100, 150) aus Quarzglas besteht.
  13. Vorrichtung zum Behandeln von Substraten, insbesondere von Halbleitersubstraten, die folgendes aufweist: wenigstens eine Prozesskammer zur Aufnahme des Substrats (S); wenigstens einem Substrathalter (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Substrathalter (12) in der Prozesskammer angeordnet oder aufnehmbar ist; und wenigstens eine Strahlungsquelle die angeordnet ist, Strahlung in die Prozesskammer zu emittieren.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei wenigstens eine Strahlungsquelle so angeordnet ist, dass sie Strahlung in Richtung des Substrathalters (12) emittiert.
  15. Verfahren zum Behandeln von Substraten, bei dem das Substrat von einer ersten Seite her in einem Ansaugbereich, der einen ersten Prozessbereich der ersten Seite umgibt, derart angesaugt wird, dass Ansaugbereich und Prozessbereich getrennt sind, und an der zweiten Seite des Substrats und im ersten Prozessbereich an der ersten Seite des Substrats unterschiedliche Gasatmosphären für eine Behandlungen des Substrats eingestellt werden.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei sich die unterschiedlichen Gasatmosphären hinsichtlich der verwendeten Drücke unterscheiden.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei sich die unterschiedlichen Gasatmosphären hinsichtlich der Gase und/oder der Zusammensetzung von Gasgemischen unterscheiden.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei im Prozessbereich an der ersten Seite ein Vakuum angelegt wird.
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